三类人源细胞共同模拟肝脏脂毒性环境
2016 年发表在 JCI Insight 的这项研究，围绕非酒精性脂肪性肝炎（nonalcoholic steatohepatitis，NASH）的药物评价建立人源肝脏体外系统。HemoShear Therapeutics 等美国团队使用健康供者的冷冻原代肝细胞，并加入肝星状细胞和血液来源巨噬细胞，希望同时观察脂质代谢、炎症及早期纤维化相关变化。
肝细胞与另外两类细胞分别培养在多孔膜两侧的胶原层中，在装置内接受受控流动和物质交换。健康参照使用 5.6 mM 葡萄糖和 690 pM 胰岛素；脂毒性组提高至 25 mM 和 6,900 pM，并加入 65 μM 油酸及 45 μM 棕榈酸，持续培养至第 10 天。
实验结束后，肝细胞可以与非实质细胞分开收集。因此，论文的转录组主要反映肝细胞，而培养液中的分泌蛋白来自整个共培养系统。
脂质积累伴随糖代谢和炎症变化
脂毒性组的肝细胞出现明显脂滴，脂质染色强度约为健康参照的 4 倍。脂质组在 767 种可检出的脂质中发现 449 种显著变化，涉及甘油三酯、甘油二酯及胆固醇酯等类别。
肝细胞的基础葡萄糖输出增加约 3 倍。健康组在胰岛素刺激后能够降低葡萄糖输出，脂毒性组则未出现相同反应，同时 Akt 磷酸化反应减弱，提示模型产生了胰岛素敏感性下降。
培养液中的丙氨酸氨基转移酶和细胞角蛋白 18 裂解片段在第 10 天增加，多个炎症相关分泌因子也随培养时间变化。加入非实质细胞后，分泌谱发生改变，脂毒性处理引起的 IL-8 和 VEGF 变化也更明显。
肝星状细胞的 α-平滑肌肌动蛋白染色增强，形态更接近活化状态；转化生长因子 β 等纤维化相关信号升高。未接受药物处理的健康与脂毒性组之间，分泌的前胶原 1α1 在所测时间点没有显著差异。
与患者活检资料比较转录组和脂质组
团队用 2 项既有患者活检转录组研究作为参照，比较脂肪酸合成、糖异生和炎症相关通路的表达方向。模型与患者资料在这些关键变化上具有相似性，脂质组也与已发表的患者肝脏资料进行比较。
这种比较涵盖了疾病相关的分子变化和功能指标。原文将模型主要定位于 NASH 的早期阶段：已表现出脂肪积累、炎症及早期纤维化信号，成熟胶原沉积和晚期肝纤维化尚未在这项研究中形成。
奥贝胆酸降低脂质积累和部分炎症指标，同时增加胆固醇
药物试验在脂毒性环境中加入 0.5 μM 奥贝胆酸（obeticholic acid），持续 10 天，以溶剂组作比较。这一浓度参考了当时临床研究中的稳态血清水平。药物使成纤维细胞生长因子 19（FGF19）分泌显著增加，并使肝细胞脂质积累较溶剂组减少约 25%。
部分炎症因子也降低，例如单核细胞趋化蛋白 1（MCP1）、白细胞介素 6（IL-6）和白细胞介素 8（IL-8）。前胶原 1α1 显著降低约 59%；转化生长因子 β 和骨桥蛋白的下降未达到统计学显著性。丙氨酸氨基转移酶下降约 16%，其 P 值为 0.10。
脂质组显示，许多甘油三酯的变化趋向健康参照，但胆固醇酯中的部分种类继续升高。细胞内总胆固醇增加，培养液中的载脂蛋白 B（ApoB）约增至 2 倍。研究把这些结果与当时临床试验中观察到的血脂变化联系起来，展示了在同一模型中同时评价预期作用和代谢不利信号的可能性。
各项检测使用的供者和实验次数不同：脂质染色为 1 名供者的 4 次实验，药物脂质组为 2 名供者的 4 次实验，分泌因子检测为 3 名供者的至少 5 次实验。患者分子参照来自另外 2 项既有活检研究。